（京津鲁琼版）2020版高考物理总复习 第九章 紧扣高考热点 培养核心素养课件

第九章磁场紧扣高考热点培养核心素养热点1通电导体在匀强磁场中的平衡、加速问题(多选)电流天平可以用来测量匀强磁场的磁感应强度的大小，测量前天平已调至平衡，测量时，在左边托盘中放入质量为m的砝码，右边托盘中不放砝码，将一个质量为m0、匝数为n、下边长为l的矩形线圈挂在右边托盘的底部，再将此矩形线圈的下部分放在待测磁场中，如图甲所示，线圈的两头连在如图乙所示的电路中(图中未画出连接导线)，不计连接导线对线圈的作用力，电源电动势为E，内阻为r，开关S闭合后，调节可变电阻的阻值至R1时，天平正好平衡，此时电压表读数为U，已知m0m，取重力加速度为g，则()A．矩形线圈中电流的方向为逆时针方向B．矩形线圈的电阻R＝E－UUr－R1C．匀强磁场的磁感应强度的大小B＝（m0－m）rgn（E－U）lD．若仅将磁场反向，在左盘中再添加质量为2m0－m的砝码可使天平重新平衡[思路点拨]先根据力的平衡判断出安培力的大小和方向，再确定线圈中电流的方向，还应注意线圈是n匝线圈．[解析]因为m0m，天平平衡，所以线圈受竖直向上的安培力，根据左手定则，线圈中电流方向为逆时针方向，A正确；根据闭合电路欧姆定律可得U＝E－UR＋R1r，解得矩形线圈电阻R＝UrE－U－R1，B错误；根据平衡条件m0g－nBE－Ur·l＝mg，解得B＝（m0－m）rgn（E－U）l，选项C正确；开始时线圈所受安培力的方向竖直向上，此时安培力大小为F，仅将磁场反向，则安培力方向变为竖直向下，大小不变，相当于右边托盘底部受到的力比原来增加了2F，所以需要在左边加砝码，添加质量为Δm＝2Fg＝2(m0－m)的砝码可使天平重新平衡，选项D错误．[答案]AC本题以电流天平为背景，认识科学本质，体现了对“科学态度与责任”的考查；利用电流天平创设了磁场对电流作用的情境，促进学生形成物质观念、相互作用观念，体现了对“物理观念”的考查；建构“杠杆”“线圈”模型，对线圈进行受力分析，根据平衡条件、闭合电路欧姆定律列方程，进行科学推理，得出结论，体现了对“科学思维”的考查．(多选)电磁轨道炮是利用电流和磁场的作用使炮弹获得超高速度的，原理图如图所示，图中直流电源电动势为E1，内阻不计；两根固定于水平面内的光滑平面金属导轨间距为L，电阻不计；导轨间存在磁感应强度大小为B、方向与导轨平面垂直的匀强磁场(图中未画出)．炮弹可视为一质量为m、电阻为R的金属棒MN(图中未画出)，垂直放在两导轨间处于静止状态，并与导轨良好接触．闭合开关S，MN开始向右加速运动，获得最大速度后，离开导轨．下列说法正确的是()A．MN在导轨上速度最大时，通过MN中的电流最大B．MN获得的最大速度为E1BLC．MN在导轨上获得的最大加速度为BE1LmRD．通过MN某一横截面的最大电荷量为2mE1B2L2[思路点拨](1)MN向右做加速运动，直至合外力为零时，MN速度最大，此时MN受到的安培力为零；(2)MN向右做加速运动的过程中，电流是变化的，可结合动量定理求解电荷量．[解析]MN在导轨上速度最大时，MN上的感应电动势E最大且等于E1，此时通过MN的电流为零，选项A错误；由E＝BLvm、E＝E1得，MN获得的最大速度vm＝E1BL，选项B正确；开关闭合的瞬间，MN获得的加速度最大，且为am＝BILm，而I＝E1R，解得am＝BE1LmR，选项C正确；由动量定理有BIL·Δt＝mvm－0，又q＝IΔt，联立解得通过MN某一横截面的最大电荷量q＝mE1B2L2，选项D错误．[答案]BC以电磁轨道炮为命题背景，创设了加速直线运动的运动情境，促进学生形成物质观念、运动观念与相互作用观念，体现了对“物理观念”的考查；将炮弹抽象为切割磁感线的导体，进行科学的模型建构，并对炮弹进行受力情况分析和运动情况分析，然后选择不同的物理规律进行求解，体现了对物理核心素养中的“科学思维”的考查．热点2带电粒子在有界磁场中的运动如图所示，在足够长的荧光屏MN上方分布着水平方向的匀强磁场，磁感应强度的大小B＝0.1T、方向垂直纸面向里．距离荧光屏h＝16cm处有一粒子源S，以v＝1×106m/s的速度不断地在纸面内向各个方向发射比荷qm＝1×108C/kg的带正电粒子(不计重力)，则粒子打在荧光屏上的长度为()A．12cmB．16cmC．20cmD．24cm[思路点拨](1)在P点左侧打到荧光屏上的粒子到P点的最远距离，可根据粒子做匀速圆周运动的轨迹直径确定．(2)在P点右侧打到荧光屏上的粒子到P点的最远距离，可根据粒子做匀速圆周运动的轨迹与MN相切确定．[解析]粒子在匀强磁场中做匀速圆周运动，根据洛伦兹力提供向心力，有qvB＝mv2r，解得r＝10cm，当粒子的轨迹与荧光屏相切于D点时为临界情况，D点为粒子打到荧光屏上的最右边的点，找到圆心O(到S点的距离与到MN的距离均为r的点)，如图所示，由几何知识有x2＝r2－（h－r）2＝8cm，粒子打在荧光屏上最左侧的点记为C点，由几何知识有x1＝（2r）2－h2＝12cm，故所求长度为x1＋x2＝20cm，选项C正确．[答案]C本题以“荧光屏”为命题情境，考查洛伦兹力提供带电粒子做匀速圆周运动的向心力，结合几何知识寻找粒子能打到屏上最左侧、最右侧的点的临界条件，体现了物理核心素养中的“物理观念”这一要素；建立物理模型后，将物理问题转化为数学问题，综合运用物理、数学知识进行分析推理，体现了对“科学思维”的考查．(2019·福建泉州一模)如图所示，半径为R的圆形区域内有垂直于纸面向里的匀强磁场，半径OC与OB成60°角，质子甲以速度v从A点沿直径AB方向射入磁场，从C点射出．质子乙以速度v3从B点沿BA方向射入磁场，从D点(图中未画出)射出磁场，不计质子重力，则C、D两点间的距离为()A．RB．2RC．23RD.3R[思路点拨]根据几何关系，找出速度的偏向角与质子在磁场中运动轨迹对应的圆心角之间的关系，根据三角函数求出质子甲的轨迹半径r1与R的关系，再根据r＝mvqB用比例法得出r2与r1的关系，最后求出∠BOD和CD长度．[解析]质子在磁场中运动的轨迹如图所示，洛伦兹力提供质子做匀速圆周运动的向心力，则qvB0＝mv2r，得r＝mvqB0，由几何关系有r1＝Rtan60°2＝3R.由于质子乙的速度是v3，故其轨迹半径r2＝r13＝33R，则tan∠O2OB＝r2R＝33，得∠O2OB＝30°，故∠BOD＝2∠O2OB＝60°，CD＝2Rsin60°＝3R，选项D正确．[答案]D本题综合考查了洛伦兹力、匀速圆周运动、牛顿第二定律等知识，体现了对物理核心素养中“物理观念”的考查；本题也要求学生能结合几何知识和物理观念进行科学推理、得出结论，体现了对“科学思维”的考查．热点3带电粒子在电磁场中的运动某型号的回旋加速器的工作原理如图甲所示，图乙为俯视图．回旋加速器的核心部分为两个D形盒，分别为D1、D2，D形盒装在真空容器里，整个装置放在巨大的电磁铁两极之间的强大磁场中，磁场可以认为是匀强磁场，且与D形盒底面垂直．两盒间的狭缝很小，带电粒子穿过狭缝的时间可以忽略不计．D形盒的半径为R，磁场的磁感应强度为B.若质子从粒子源O处进入加速电场的初速度不计，质子质量为m、电荷量为＋q.加速器接入一定频率的高频交变电压，加速电压为U.不考虑相对论效应和重力作用．(1)求质子第一次经过狭缝被加速后进入D2盒时的速度大小v1和进入D2盒后运动的轨迹半径r1；(2)求质子被加速后获得的最大动能Ekm和高频交变电压的频率f；(3)若两D形盒狭缝之间距离为d，且d≪R，计算质子在电场中运动的总时间t1与在磁场中运动的总时间t2，并由此说明质子穿过电场的时间可以忽略不计的原因．[思路点拨]质子在磁场中运动的轨迹半径为R时动能最大；质子在电场中的运动的总和可等效为质子在匀强电场中做初速度为零的匀加速直线运动．[解析](1)设质子第1次经过狭缝被加速后的速度大小为v1，则qU＝12mv21，qv1B＝mv21r1解得v1＝2qUm，r1＝1B2mUq.(2)当质子在磁场中运动的轨迹半径为D形盒的半径R时，质子的动能最大，设此时速度为vm，则qvmB＝mv2mR，Ekm＝12mv2m解得Ekm＝q2B2R22m.回旋加速器正常工作时高频交变电压的频率f等于质子在磁场中运动的频率，则1f＝T＝2πmqB，解得f＝qB2πm.(3)质子在狭缝中加速时，有qUd＝ma质子在磁场中运动速度大小不变，故其在电场中运动的总时间t1＝vma＝BRdU质子在磁场中运动的周期T＝2πmqB设质子在电场中加速了n次，则有nqU＝Ekm，解得n＝qB2R22mU质子在磁场中运动的总时间t2＝n2T＝πBR22U，则t1t2＝2dπR因为d≪R，得t1≪t2，故质子穿过电场的时间可以忽略不计．[答案](1)2qUm1B2mUq(2)q2B2R22mqB2πm(3)见解析以回旋加速器为命题情境，创设了匀加速直线运动、匀速圆周运动等不同的运动情境，促进学生形成物质观念、运动观念、相互作用观念，体现了对“物理观念”这一学科核心素养的考查、解答此题时，要用到牛顿第二定律、动能定理、运动学公式等物理学的主干知识，进行分析推理，体现了科学思维中的“科学推理”这一核心素养．